Η επεξεργασία των αστικών και βιομηχανικών λυμάτων περιλαμβάνει διάφορα στάδια, αερόβιας ή αναερόβιας επεξεργασίας, χημικών τροποποιήσεων και μηχανικών διεργασιών που σκοπό έχουν να κάνουν το τελικό προϊόν κατάλληλο για κάποια χρήση.
Η χρήση αυτή θα καθορίσει την ποιόητα του νερού που απαιτείται και αυτή με τη σειρά της τα στάδια και τις ακριβείς διεργασίες. Συνήθως, έχουν τρία στάδια επεξεργασίας των λυμάτων όπου κατά σειρά απομακρύνονται στερεά σωματίδια, το οργανικό φορτίο, και διάφορα χημικά συστατικά.
Η πρωτοβάθμια επεξεργασία των λυμάτων έχει σχεδιαστεί για να αφαιρεθούν και να εξουδετερωθούν τα στερεά σώματα των ακατέργαστων λυμάτων. Περιλαμβάνει διεργασίες διαλογής που παγιδεύουν, κροκιδώνουν και και απομακρύνουν τα στερεά μέσω διήθησης. Αυτό το επίπεδο αναφέρεται ως "μηχανική επεξεργασία", αν και πολύ συχνά χρησιμοποιούνται χημικά για να επιταχυνθεί η διαδικασία καθίζησης.
Η πρωτοβάθμια επεξεργασία μπορεί να μειώσει το συνολικά στερεά των εισερχόμενων λυμάτων κατά 20-30% και το σύνολο των αιωρούμενων στερεών κατά περίπου 50-60%.
Η δευτεροβάθμια διαδικασία μπορεί να γίνει με αερόβια επεξεργασία ή αναερόβια επεξεργασία, και απομακρύνει τη διαλυμένη οργανική ύλη που διαφεύγει της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας. Αυτό επιτυγχάνεται με μικρόβια που καταναλώνουν το οργανικό φορτίο όπως οι ανώτεροι οργανισμοί τα τρόφιμα και παράγουν διοξείδιο του άνθρακα. Η ενέργεια των οργανικών ενώσεων αξιοποιείται για τη δική τους ανάπτυξη και την αναπαραγωγή.
Η βιολογική διαδικασία ακολουθείται από πρόσθετες διαδικασίες καθίζησης για να απομακρυνθούν ακόμα περισσότερα αιωρούμενα στερεά. Περίπου το 85% των αιωρουμένων στερεών και BOD μπορεί να αφαιρεθεί με δευτεροβάθμια επεξεργασία.
Οι τεχνολογίες της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας περιλαμβάνουν τη βασική μέθοδο της ενεργού ιλύος, την τεχνολογία των διαφόρων δεξαμενών, την κατασκευή υγροτοπικών συστημάτων, τη ροή των υλικών, τις διηθήσεις και τις άλλες μορφές επεξεργασίας που μειώνουν το οργανικό φορτίο.
Η τριτοβάθμια επεξεργασία είναι απλά ένα επιπλέον στάδιο μετά τη δευτεροβάθμια επεξεργασία. Η τριτοβάθμια επεξεργασία μπορεί να αφαιρέσει περισσότερο από το 99 τοις εκατό όλων των ακαθαρσιών από τα λύματα, και να παράξει ένα κλάσμα νερού με ποιότητα ανάλογη του πόσιμου νερού.
Η σχετική τεχνολογία μπορεί να είναι πολύ ακριβή, απαιτεί υψηλό επίπεδο τεχνογνωσίας , καλά εκπαιδευμένο τεχνικό προσωπικό, μια σταθερή παροχή ενέργειας και τα χημικά αναλώσιμα.
Ένα παράδειγμα μιας τυπικής διαδικασίας τριτοβάθμιας επεξεργασίας είναι η τροποποίηση ενός συμβατικού σταθμού δευτεροβάθμιας επεξεργασίας για την απομάκρυνση του πλεονάζοντος φωσφόρου και του αζώτου.
Η επεξεργασία των λυμάτων είναι στενά συνδεδεμένη με τις απαιτήσεις της ποιότητας της εκροής. Οι διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας μπορεί να μειώσουν:
Τα αιωρούμενα στερεά (φυσικά σωματίδια που μπορεί να φράξουν τους αγωγούς και τα κανάλια που διοχετεύται το νερό)
Τα βιοαποικοδομήσιμα οργανικά (π.χ. BOD), τα οποία θα μπορούσαν να αποτελέσουν τροφή για τους μικροοργανισμούς με αποτέλεσμα την διατάραξη της οικολογικής ισορροπίας . Την κατανάλωση του οξυγόνου από το νερό ώστε να μην είναι δυνατή η αξιοποίηση του από τους φυσικούς οργανισμούς
Η βαριά οργανική ρύπανση μπορεί να οδηγήσει σε «νεκρές ζώνες», ενώ οι ξαφνικές εκλύσεις βαρέων οργανικών φορτίων μπορεί να οδηγήσει σε δραματική μείωση του πληθυσμού των ψαριών.
Τα θρεπτικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένων των νιτρικών και φωσφορικών αλάτων μπορούν να οδηγήσουν σε υψηλές συγκεντρώσεις ανεπιθύμητων φυτικών οργανισμών που οι ίδιοι μπορούν να γίνουν αντικείμενο επεξεργασίας για την απομάκρυνση τους.
Η εξουδετέρωση ή και αφαίρεση των βιομηχανικών αποβλήτων είναι πρέπει ιδανικά να γίνεται στο ίδιο το εργοστάσιο, πριν από την απόρριψη των λυμάτων τους σε δημοτικούς υπονόμους ή κοίτες νερού.